KR101971157B1 - A electric vehicle on-board charger with a high power capacity - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기자동차 대용량 탑재형 충전기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전기자동차 대용량 탑재형 충전기로서, 충전인프라 전원부에 접속되며, 배터리 충전을 위해 연결 접속되는 전기자동차에 탑재된 배터리 용량에 대응하는 전력변환을 위한 스위칭 제어를 수행하는 스위치 매트릭스; 상기 스위치 매트릭스에 각각 연결 접속되며, 전기자동차의 배터리 용량에 대응하는 서로 다른 전력변환을 수행하는 복수의 전력변환 모듈; 및 상기 스위치 매트릭스에 연결 접속되는 충전인프라 전원부와 상기 전기자동차에 탑재된 배터리 용량에 기초하여 상기 복수의 전력변환 모듈 중 하나가 선택되어 배터리 충전 기능을 수행하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 전기자동차 대용량 탑재형 충전기에 따르면, 스위치 매트릭스를 구비하는 입력 블록 모듈과, 복수의 전력변환 모듈, 및 제어부를 포함하되, 스위치 매트릭스가 단상 또는 삼상의 전원을 공급하는 충전인프라 전원부에 대응한 전력변환을 위한 스위칭 제어를 수행하고, 복수의 전력변환 모듈 각각이 전기자동차 배터리 용량에 대응하는 서로 다른 전력변환을 수행하여 전기자동차의 배터리를 충전하며, 제어부가 충전인프라 전원부와 전기자동차에 탑재된 배터리 용량에 기초하여 복수의 전력변환 모듈 중 하나가 선택되어 배터리 충전기능을 수행하도록 스위치 매트릭스를 제어하도록 구성함으로써, 기존의 3.7㎾의 배터리 용량의 충전은 물론, 7.4㎾와 11㎾의 큰 전력용량을 갖는 전기자동차 배터리의 구현이 가능하고, 전기자동차 충전 인프라 보급 확대와 전기자동차 충전시간의 단축이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 스위치 매트릭스의 구성을 이용하여 단상은 물론 삼상의 전원을 공급하는 충전인프라에 호환이 가능하고, 이를 통해 충전인프라가 설치되는 장소 어디에서도 전기자동차의 충전이 가능하며, 대용량으로 확장성이 뛰어난 구조로 전기자동차 충전 시간의 단축이 가능하고, 전력변환 모듈들의 병렬 구조의 개념으로 뛰어난 내구성 및 신뢰성이 확보될 수 있도록 할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은, 복수의 전력변환 모듈의 충전기들이 단일 모듈로 분리되는 랙 형태로 구성됨으로써, 충전기 용량의 증설이 가능함은 물론, A/S 및 설치가 용이하고, 완속 및 급속 충전이 가능하며, 뛰어난 확장성으로 경제적이고, 수리과정에서도 나머지 전력변환 모듈을 이용한 충전이 가능해짐에 따른 신뢰성 향상과 함께 우수한 전력변환 효율을 가질 수 있다.The present invention relates to an electric vehicle large capacity on-board type charger, and more particularly, to an electric vehicle large capacity on-board type battery charger which is connected to a charging infrastructure power supply unit, A switch matrix for performing switching control for conversion; A plurality of power conversion modules respectively connected to the switch matrix and performing different power conversions corresponding to battery capacities of the electric vehicle; And a controller for selecting one of the plurality of power conversion modules to perform a battery charging function based on a battery infrastructure power source connected to the switch matrix and a battery capacity mounted on the electric vehicle. .
According to the electric vehicle large capacity on-board charger proposed in the present invention, the switch matrix includes an input block module having a switch matrix, a plurality of power conversion modules, and a control unit, A plurality of power conversion modules each performing a different power conversion corresponding to an electric vehicle battery capacity to charge the battery of the electric vehicle, One of the plurality of power conversion modules is selected to control the switch matrix so as to perform the battery charging function based on the capacity of the battery mounted on the vehicle, so that it is possible to charge the 3.7 kW battery capacity as well as the 7.4 kW and 11 kW It is possible to realize an electric automobile battery having a large electric power capacity of The vehicle charging infrastructure expansion and penetration speed of the electric vehicle charging time may be possible.
Further, according to the present invention, by using the configuration of the switch matrix, it is possible to be compatible with a charging infrastructure for supplying power of three phases as well as a single phase, thereby enabling charging of an electric vehicle anywhere a charging infrastructure is installed, , It is possible to shorten the charging time of the electric vehicle and to ensure the durability and reliability with the concept of the parallel structure of the power conversion modules.
In addition, since the chargers of a plurality of power conversion modules are configured in a rack shape in which a plurality of power conversion modules are separated into a single module, it is possible to increase the capacity of the charger, facilitate A / S and installation, And it is economical due to its excellent expandability, and it is possible to improve the reliability as the charging using the remaining power conversion module becomes possible in the repairing process, and to have excellent power conversion efficiency.
Description
본 발명은 전기자동차 대용량 탑재형 충전기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 기존 전기자동차 탑재형 충전기의 3.3㎾ 또는 6.6㎾의 용량보다 큰 전력용량을 갖는 전기자동차 대용량 탑재형 충전기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric vehicle large capacity on-board type charger, and more particularly, to an electric vehicle large capacity on-board type charger having a power capacity larger than a capacity of 3.3 kW or 6.6 kW of a conventional electric vehicle onboard charger.
일반적으로 전기자동차는 주행용 모터에 전기를 공급하는 고전압 배터리를 구비하며, 고전압 배터리는 급속 충전기 통해 급속 충전되거나 또는 차량 내에 장착되는 완속 충전기(OBC; On-Board Charger)를 통해 일반 교류 전원에 연결되어 충전이 이루어지게 된다. 종래의 전기자동차의 충전기는, 단산의 상용 전원을 공급받아 배터리에 충전하는 완속 충전기로 구성될 수 있다. 여기서, 완속 충전기는 AC 정류기와 AC/DC 컨버터와 고압 링크 커패시터 및 DC/DC 컨버터를 포함하여 구성됨이 일반적이다. 여기서, AC/DC 컨버터는 AC 정류기에서 정류하여 출력하는 전압의 역률 개선(PFC: Power Factor Correction)을 담당하고, 고압 링크 커패시터는 AC/DC 컨버터의 출력 전압을 안정된 DC 전력으로 변환하며, DC/DC 컨버터는 충전 제어를 위한 변압기를 구비하고, 배터리에 충전 가능한 전압으로 변환하여 배터리를 충전시키는 역할을 하게 된다.
Generally, an electric vehicle has a high-voltage battery that supplies electricity to a driving motor, and a high-voltage battery is connected to a general AC power source through a quick charger or an on-board charger (OBC) And charging is performed. The conventional charger of the electric vehicle may be constituted by a slow charging device that is supplied with commercial power of the bottom battery and charges the battery. Here, the slow charger is generally configured to include an AC rectifier, an AC / DC converter, a high voltage link capacitor, and a DC / DC converter. Here, the AC / DC converter rectifies and rectifies the output voltage of the AC rectifier, and the high voltage link capacitor converts the output voltage of the AC / DC converter into stable DC power. The DC / DC converter has a transformer for charging control, and converts the voltage into a voltage that can be charged to the battery, thereby charging the battery.
이와 같은 종래의 전기자동차의 충전기, 즉 완속 충전기 개발에 있어 핵심 기술로 PFC 기술이 사용되고 있다. 완속 충전기에서 역률 개선(PFC) 역할을 담당하는 AC/DC 컨버터에서는 스위치의 스위칭 손실이 작고, 기생공진 제거를 위한 스너버 회로가 없으며, 주파수가 고정되고 스위칭 손실이 적으며, 스위치의 기생성분에 영향이 적도록 하는 고효율화의 필수 요소와, 마그네틱의 사이즈가 작고, 제어기가 단순하며, 보조회로의 사이즈가 작고, 주손실 소자가 작으며, 구조가 간단하도록 하는 고밀도화의 필수 요소, 및 EMI와 EMC에 대응이 용이한 OBC로서의 기능이 요구되고 있다. 즉, 종래의 전기자동차 충전기는 3.3㎾ 또는 6.6㎾ 탑재형 충전기를 통상적으로 구비하고, 단상 220V/60㎐ 계통으로부터만 전기자동차 배터리를 충전하는 형태로 이루어지게 된다. 즉, 3.3㎾ 또는 6.6㎾ 탑재형 충전기를 갖는 종래의 전기자동차 충전기는 다양하게 보급될 전기자동차 충전인프라의 보급 확대에 제한적이고, 전기자동차 배터리 충전 시간의 단축이 어려울 뿐만 아니라, 전력용량의 대용량화가 어려운 문제가 있었다. 대한민국 등록특허공보 제10-1558770호와, 공개특허공보 제10-2012-0007852호가 차량용 충전 장치 및 전기자동차의 충전장치 및 방법으로 하는 선행기술 문헌을 개시하고 있다.PFC technology has been used as a core technology in the development of such a conventional charger for electric vehicles, that is, a slow charger. In AC / DC converter, which plays a role of power factor improvement (PFC) in a slow charger, the switching loss of switch is small, there is no snubber circuit for eliminating parasitic resonance, frequency is fixed and switching loss is small, The essential elements of the high efficiency to reduce the influence, the essential elements of the high density that the magnetic size is small, the controller is simple, the auxiliary circuit size is small, the main loss element is small, A function as an OBC which is easy to cope with is demanded. That is, a conventional electric vehicle charger usually has a 3.3 kW or 6.6 kW on-board charger and charges the electric vehicle battery only from a single phase 220 V / 60 Hz system. That is, the conventional electric vehicle charger having the 3.3 kW or 6.6 kW on-board charger is limited in expanding the electric vehicle charging infrastructure to be widely used, and it is difficult to shorten the charge time of the electric vehicle battery, There was a difficult problem. Korean Patent Registration No. 10-1558770 and Japanese Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0007852 disclose prior art documents for a car charging device and an electric car charging device and method.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 스위치 매트릭스를 구비하는 입력 블록 모듈과, 복수의 전력변환 모듈, 및 제어부를 포함하되, 스위치 매트릭스가 단상 또는 삼상의 전원을 공급하는 충전인프라 전원부에 대응한 전력변환을 위한 스위칭 제어를 수행하고, 복수의 전력변환 모듈 각각이 전기자동차 배터리 용량에 대응하는 서로 다른 전력변환을 수행하여 전기자동차의 배터리를 충전하며, 제어부가 충전인프라 전원부와 전기자동차에 탑재된 배터리 용량에 기초하여 복수의 전력변환 모듈 중 하나가 선택되어 배터리 충전기능을 수행하도록 스위치 매트릭스를 제어하도록 구성함으로써, 기존의 3.7㎾의 배터리 용량의 충전은 물론, 7.4㎾와 11㎾의 큰 전력용량을 갖는 전기자동차 배터리의 구현이 가능하고, 전기자동차 충전 인프라 보급 확대와 전기자동차 충전시간의 단축이 가능하도록 하는, 전기자동차 대용량 탑재형 충전기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in order to solve the above-mentioned problems of the previously proposed methods, and has an input block module including a switch matrix, a plurality of power conversion modules, and a control unit, Switching control for power conversion corresponding to a charging infrastructure power supply unit for supplying power is performed and each of the plurality of power conversion modules performs different power conversion corresponding to the capacity of the electric vehicle battery to charge the battery of the electric vehicle, Is configured to control the switch matrix so that one of the plurality of power conversion modules is selected to perform the battery charging function based on the battery infrastructure power supply unit and the battery capacity mounted on the electric vehicle, , An electric vehicle battery with a large electric power capacity of 7.4 kW and 11 kW This is to enable and provide a high-capacity electric vehicle-mounted charger for electric vehicle charging infrastructure spread-up and to enable the speed of the electric vehicle charging time for that purpose.
또한, 본 발명은, 스위치 매트릭스의 구성을 이용하여 단상은 물론 삼상의 전원을 공급하는 충전인프라에 호환이 가능하고, 이를 통해 충전인프라가 설치되는 장소 어디에서도 전기자동차의 충전이 가능하며, 대용량으로 확장성이 뛰어난 구조로 전기자동차 충전 시간의 단축이 가능하고, 전력변환 모듈들의 병렬 구조의 개념으로 뛰어난 내구성 및 신뢰성이 확보될 수 있는, 전기자동차 대용량 탑재형 충전기를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
In addition, the present invention is compatible with a charging infrastructure that supplies power of three phases as well as a single phase by using the configuration of a switch matrix, and it is possible to charge an electric vehicle anywhere a charging infrastructure is installed, It is another object of the present invention to provide an electric vehicle large capacity on-board charger capable of shortening the charging time of an electric vehicle with a structure having an excellent expandability and securing excellent durability and reliability as a concept of a parallel structure of power conversion modules .
뿐만 아니라, 본 발명은, 복수의 전력변환 모듈의 충전기들이 단일 모듈로 분리되는 랙 형태로 구성됨으로써, 충전기 용량의 증설이 가능함은 물론, A/S 및 설치가 용이하고, 완속 및 급속 충전이 가능하며, 뛰어난 확장성으로 경제적이고, 수리과정에서도 나머지 전력변환 모듈을 이용한 충전이 가능해짐에 따른 신뢰성 향상과 함께 우수한 전력변환 효율을 갖는, 전기자동차 대용량 탑재형 충전기를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, since the chargers of a plurality of power conversion modules are configured in a rack shape in which a plurality of power conversion modules are separated into a single module, it is possible to increase the capacity of the charger, facilitate A / S and installation, Another object of the present invention is to provide an electric vehicle large capacity on-board charger which is economical due to excellent expandability, has improved reliability as the charging using the remaining power conversion module becomes possible in the repair process, and has excellent power conversion efficiency .
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 전기자동차 대용량 탑재형 충전기는,According to an aspect of the present invention, there is provided an electric vehicle large capacity on-board type charger,
전기자동차 대용량 탑재형 충전기로서,As an electric vehicle large capacity on-board charger,
충전인프라 전원부에 접속되며, 배터리 충전을 위해 연결 접속되는 전기자동차에 탑재된 배터리 용량에 대응하는 전력변환을 위한 스위칭 제어를 수행하는 스위치 매트릭스;A switch matrix connected to a charging infrastructure power supply unit and performing switching control for power conversion corresponding to a capacity of a battery mounted in an electric vehicle connected and connected to charge the battery;
상기 스위치 매트릭스에 각각 연결 접속되며, 전기자동차의 배터리 용량에 대응하는 서로 다른 전력변환을 수행하는 복수의 전력변환 모듈; 및A plurality of power conversion modules respectively connected to the switch matrix and performing different power conversions corresponding to battery capacities of the electric vehicle; And
상기 스위치 매트릭스에 연결 접속되는 충전인프라 전원부와 상기 전기자동차에 탑재된 배터리 용량에 기초하여 상기 복수의 전력변환 모듈 중 하나가 선택되어 배터리 충전 기능을 수행하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
And a controller for selecting one of the plurality of power conversion modules to perform a battery charging function based on a battery infrastructure power source connected to the switch matrix and a battery capacity installed in the electric vehicle. .
바람직하게는, 상기 충전인프라 전원부는,Preferably, the charging infrastructure power source unit includes:
단상 계통의 AC 전원장치로 구성될 수 있다.
It can be configured as a single-phase AC power supply.
바람직하게는, 상기 충전인프라 전원부는,Preferably, the charging infrastructure power source unit includes:
삼상 계통의 AC 전원장치로 구성될 수 있다.
Three-phase AC power supply.
바람직하게는, 상기 스위치 매트릭스는,Preferably, the switch matrix comprises:
단상 및 삼상 계통의 AC 전원장치와 호환될 수 있다.
It is compatible with single-phase and three-phase AC power supplies.
더욱 바람직하게는, 상기 스위치 매트릭스는,More preferably, the switch matrix comprises:
상기 충전인프라 전원부와 전기적으로 연결 접속되며, 상기 전기자동차에 탑재되는 배터리 용량에 대응하여 스위칭 되는 4개의 릴레이 스위치로 구성될 수 있다.
And four relay switches electrically connected to the charging infrastructure power supply unit and switched according to the battery capacity mounted on the electric vehicle.
바람직하게는, 상기 복수의 전력변환 모듈은,Advantageously, the plurality of power conversion modules comprise:
전기자동차에 탑재된 3.7㎾ 탑재형 충전기와, 7.4㎾ 탑재형 충전기와, 11㎾ 탑재형 충전기를 포함하여 구성할 수 있다.
A 3.7 kW on-board charger mounted on an electric vehicle, a 7.4 kW on-board charger, and an 11 kW on-board charger.
더욱 바람직하게는, 상기 복수의 전력변환 모듈은,More preferably, the plurality of power conversion modules include:
전기자동차에 탑재된 3.7㎾ 탑재형 충전기와, 7.4㎾ 탑재형 충전기와, 11㎾ 탑재형 충전기 이외에도 22㎾ 탑재형 충전기를 더 포함하여 구성할 수 있다.
A 22 kW on-board charger in addition to the 3.7 kW on-board charger, 7.4 kW on-board charger, and 11 kW on-board charger mounted on the electric vehicle.
더욱 더 바람직하게는, 상기 복수의 전력변환 모듈은,Even more preferably, the plurality of power conversion modules comprise:
전기자동차에 탑재된 3.7㎾ 탑재형 충전기와, 7.4㎾ 탑재형 충전기와, 11㎾ 탑재형 충전기와, 22㎾ 탑재형 충전기를 포함하되, 각각의 충전기들이 단일 모듈로 분리 구성되는 랙 형태로 구성될 수 있다.
A 3.7 kW on-board charger mounted on an electric vehicle, a 7.4 kW on-board charger, an 11 kW on-board charger, and a 22 kW on-board charger, each charger being configured in a rack configuration .
더욱 더 바람직하게는, 상기 복수의 전력변환 모듈은,Even more preferably, the plurality of power conversion modules comprise:
전기자동차에 탑재된 3.7㎾ 탑재형 충전기와, 7.4㎾ 탑재형 충전기와, 11㎾ 탑재형 충전기와, 22㎾ 탑재형 충전기를 포함하되, 각각의 충전기들이 단일 모듈로 분리 구성되는 랙 형태로 구성되어 랙 단위로 서로 연결 접속되고, 충전기 용량의 증설이 가능하도록 할 수 있다.
A 3.7 kW on-board charger mounted on an electric vehicle, a 7.4 kW on-board charger, an 11 kW on-board charger, and a 22 kW on-board charger, each charger being configured in a rack configuration And can be connected to each other in a rack unit, thereby enabling the capacity of the charger to be increased.
바람직하게는, 상기 전기자동차 대용량 탑재형 충전기는,Preferably, the electric vehicle large capacity on-board type charger includes:
상기 스위치 매트릭스를 포함하는 입력 블록 모듈; 및An input block module including the switch matrix; And
상기 입력 블록 모듈에서 생성한 입력 전압을 역률이 보상된 직류 전원으로 승압하여 출력하는 PFC 블록과, 상기 PFC 블록으로부터 공급되는 승압된 직류 전원을 공급받아 전기자동차 배터리에 충전하기 위한 충전전압으로 변환하여 배터리로 공급하는 DC/DC 블록을 각각 구비하는 복수의 전력변환 모듈을 포함할 수 있다.
A PFC block for boosting the input voltage generated by the input block module to a DC power source compensated for the power factor and outputting the boosted DC power to a charging voltage for charging the electric vehicle battery by receiving the boosted DC power supplied from the PFC block And a plurality of power conversion modules each having a DC / DC block supplied with a battery.
더욱 바람직하게는, 상기 입력 블록 모듈은,More preferably, the input block module includes:
상기 스위치 매트릭스에 서로 다른 패스 연결로 각각 접속되는 EMI 필터와, 상기 EMI 필터 각각에 연결 접속되어, 상기 스위치 매트릭스를 통해 공급되는 상용 교류 전원을 정류하여 입력 전원을 생성하는 브리지 다이오드를 포함하여 구성할 수 있다.
An EMI filter connected to the switch matrix through different path connections; and a bridge diode connected to each of the EMI filters, for rectifying commercial AC power supplied through the switch matrix to generate input power .
더욱 더 바람직하게는, 상기 브리지 다이오드는,Even more preferably, the bridge diode comprises:
각각이 4개의 스위칭 다이오드 소자의 연결로 구성되는 풀 브리지(full bridge)로 구성될 수 있다.
Each of which may be configured as a full bridge consisting of connections of four switching diode elements.
더욱 바람직하게는, 상기 인터리브 PFC 블록은,More preferably, the interleaved PFC block includes:
상기 입력 블록 모듈의 브리지 다이오드로부터 공급되는 입력 전원의 역율이 보상된 직류 전원을 출력하는 인터리브 PFC 컨버터와, 상기 인터리브 PFC 컨버터로부터 출력되는 전압에서 발생하는 변동 전력을 필터링하는 DC 링크 커패시터로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기자동차 대용량 탑재형 충전기.
An interleaved PFC converter for outputting a DC power source compensated for the power factor of the input power supplied from the bridge diode of the input block module and a DC link capacitor for filtering the fluctuating power generated from the voltage output from the interleaved PFC converter Features, electric car large capacity on-board charger.
더욱 더 바람직하게는, 상기 PFC 컨버터는,Still more preferably, the PFC converter includes:
상기 브리지다이오드의 출력 단에 직렬 접속되는 노멀 필터(Ln)와, 상기 노멀 필터(Ln)에 직렬 접속되는 인덕터(Lp1)와, 상기 인덕터(Lp1)에 직렬 접속되는 다이오드(D1)와, 상기 노멀 필터(Ln)에 직렬 접속되는 인덕터(Lp1)와 병렬 접속되는 인덕터(Lp2)와, 상기 인덕터(Lp2)에 직렬 접속되는 다이오드(D2)와, 상기 노멀 필터(Ln)와 병렬 접속된 2개의 인덕터(Lp1, Lp2) 사이에 병렬 접속되는 커패시터(Cin)와, 상기 인덕터(Lp1)와 직렬 접속된 다이오드(D1) 사이에 연결 접속되어 스위칭 동작을 수행하는 스위치 소자(M1)와, 상기 인덕터(Lp2)와 직렬 접속된 다이오드(D2) 사이에 연결 접속되어 스위칭 동작을 수행하는 스위치 소자(M2)를 포함하는 회로로 구성할 수 있다.
A normal filter Ln connected in series to the output terminal of the bridge diode; an inductor Lp1 connected in series to the normal filter Ln; a diode D1 connected in series to the inductor Lp1; An inductor Lp2 connected in parallel to the inductor Lp1 connected in series to the filter Ln, a diode D2 connected in series to the inductor Lp2, and two inductors Ln connected in parallel with the normal filter Ln. A switching element Ml connected and connected between the inductor Lp1 and a diode D1 connected in series to switch between the inductors Lp1 and Lp2, And a switch element M2 connected and connected between a diode D2 connected in series and a switching element M2 for performing a switching operation.
더더욱 바람직하게는, 상기 DC 링크 커패시터(Cb)는,Even more preferably, the DC link capacitor (Cb)
상기 다이오드(D1, D2)의 출력 단에 연결 접속될 수 있다.
And may be connected to the output terminals of the diodes D1 and D2.
더더욱 바람직하게는, 상기 스위치 소자(M1, M2) 각각은,Even more preferably, each of the switch elements M1,
상기 스위치 소자(M1)가 상기 제어부의 제어 하에, 상기 인덕터(Lp1)와 다이오드(D1) 사이에서 스위칭 온오프를 위한 전력용 반도체로 사용되는 MOSFET(Metal Oxide Filed Effect Transistor)로 구성되고,The switch M1 is composed of a MOSFET (Metal Oxide Filed Effect Transistor) used as a power semiconductor for switching on and off between the inductor Lp1 and the diode D1 under the control of the control unit,
상기 스위치 소자(M2)가 상기 제어부의 제어 하에, 상기 인덕터(Lp2)와 다이오드(D2) 사이에서 스위칭 온오프를 위한 전력용 반도체로 사용되는 MOSFET(Metal Oxide Filed Effect Transistor)로 구성될 수 있다.
The switch element M2 may be a metal oxide film effect transistor (MOSFET) used as a power semiconductor for switching on / off between the inductor Lp2 and the diode D2 under the control of the controller.
더욱 바람직하게는, 상기 DC/DC 블록은,More preferably, the DC / DC block includes:
상기 제어부의 주파수 제어 하에 출력 전압을 반도체의 스위칭 제어를 통해 스위칭 손실을 줄이고, 트랜스포머의 스트레스를 줄이기 위한 절연 LLC 버스 컨버터와, 상기 절연 LLC 버스 컨버터로부터 출력되는 전압의 강압 변환을 수행하여 출력하는 인터리브 벅 컨버터 및 상기 인터리브 벅 컨버터의 출력 전압을 평활하여 출력하는 출력 필터로 구성될 수 있다.
An isolation LLC bus converter for reducing the switching loss of the output voltage under the frequency control of the control unit through the switching control of the semiconductor and reducing the stress of the transformer and an interleaving unit for performing down- A buck converter, and an output filter that smoothes and outputs an output voltage of the interleaved buck converter.
더욱 더 바람직하게는, 상기 DC/DC 블록은,Even more preferably, the DC / DC block includes:
상기 DC 링크 커패시터(Cb)에 병렬 접속되는 2개의 콘덴서(Cr/2, Cr/2)가 직렬 접속되고, 2개의 콘덴서(Cr/2, Cr/2)의 사이에 리액터(Lr)와 트랜스포커의 일차 측이 순차로 연결되고, 상기 트랜스포머의 일차 측과 2개의 콘덴서(Cr/2, Cr2) 사이에 스위치 소자(M3, M4)가 각각 연결 접속되며, 상기 트랜스포머의 일차 측과 연결되는 2차 측에 스위치 소자(M5, M6)가 분기되어 접속되고, 트랜스포머의 2차 측에 스위치 소자(M5, M6)와 병렬 접속되는 2개의 커패시터(CL, CL)가 연결 접속되며, 스위치 소자(M6)와 커패시터(CL)에 2개의 스위치 소자(M7, M8)가 병렬 접속되고, 2개의 스위치 소자(M7, M8)에 다이오드(D3, D4)가 각각 직렬 연결되며, 상기 스위치 소자(M7)와 다이오드(D3) 사이에 리액터(Lb1)가 연결 접속되고, 상기 스위치 소자(M8)과 다이오드(D4) 사이에 리액터(Lb2)가 연결 접속되며, 상기 2개의 리액터(Lb1, Lb2)의 접속점에 리액터(Lf)와 커패시터(Co, Cf)가 연결 접속되는 회로로 구성할 수 있다.
Two capacitors (Cr / 2, Cr / 2) connected in parallel to the DC link capacitor Cb are connected in series and a reactor Lr and a trans- The switching elements M3 and M4 are connected and connected between the primary side of the transformer and the two capacitors Cr / 2 and Cr2, and the secondary side of the transformer is connected to the primary side of the transformer. Two capacitors CL and CL connected in parallel with the switching elements M5 and M6 are connected and connected to the secondary side of the transformer and the switching element M6 is connected to the secondary side of the transformer, Two switches M7 and M8 are connected in parallel to the capacitor CL and the diodes D3 and D4 are connected in series to the two switches M7 and M8, A reactor Lb1 is connected and connected between the switching element M8 and the diode D3, a reactor Lb2 is connected and connected between the switching element M8 and the diode D4, Group may consist of two reactors (Lb1, Lb2) circuit connected to the reactor (Lf) and a capacitor (Co, Cf) connected to the connection point of the.
더더욱 바람직하게는, 상기 스위치 소자(M3 내지 M6)는,Even more preferably, the switch elements M3 to M6 are connected to the power-
영전압(ZVS)과 영전위(ZCS) 스위칭 기능을 각각 수행하는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로 구성될 수 있다.
And a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) that performs a zero voltage (ZVS) and a zero voltage (ZCS) switching function, respectively.
더더욱 바람직하게는, 상기 출력 필터는,Even more preferably, the output filter comprises:
상기 리액터(Lf)와 커패시터(Cf)로 구성할 수 있다.
The reactor Lf and the capacitor Cf.
더욱 바람직하게는, 상기 제어부는,More preferably,
3 모듈 PFC 컨트롤러와 3 모듈 DC/DC 컨트롤러로 구성할 수 있다.3-module PFC controller and 3-module DC / DC controller.
본 발명에서 제안하고 있는 전기자동차 대용량 탑재형 충전기에 따르면, 스위치 매트릭스를 구비하는 입력 블록 모듈과, 복수의 전력변환 모듈, 및 제어부를 포함하되, 스위치 매트릭스가 단상 또는 삼상의 전원을 공급하는 충전인프라 전원부에 대응한 전력변환을 위한 스위칭 제어를 수행하고, 복수의 전력변환 모듈 각각이 전기자동차 배터리 용량에 대응하는 서로 다른 전력변환을 수행하여 전기자동차의 배터리를 충전하며, 제어부가 충전인프라 전원부와 전기자동차에 탑재된 배터리 용량에 기초하여 복수의 전력변환 모듈 중 하나가 선택되어 배터리 충전기능을 수행하도록 스위치 매트릭스를 제어하도록 구성함으로써, 기존의 3.7㎾의 배터리 용량의 충전은 물론, 7.4㎾와 11㎾의 큰 전력용량을 갖는 전기자동차 배터리의 구현이 가능하고, 전기자동차 충전 인프라 보급 확대와 전기자동차 충전시간의 단축이 가능하도록 할 수 있다.
According to the electric vehicle large capacity on-board charger proposed in the present invention, the switch matrix includes an input block module having a switch matrix, a plurality of power conversion modules, and a control unit, A plurality of power conversion modules each performing a different power conversion corresponding to an electric vehicle battery capacity to charge the battery of the electric vehicle, One of the plurality of power conversion modules is selected to control the switch matrix so as to perform the battery charging function based on the capacity of the battery mounted on the vehicle, so that it is possible to charge the 3.7 kW battery capacity as well as the 7.4 kW and 11 kW It is possible to realize an electric automobile battery having a large electric power capacity of The vehicle charging infrastructure expansion and penetration speed of the electric vehicle charging time may be possible.
또한, 본 발명에 따르면, 스위치 매트릭스의 구성을 이용하여 단상은 물론 삼상의 전원을 공급하는 충전인프라에 호환이 가능하고, 이를 통해 충전인프라가 설치되는 장소 어디에서도 전기자동차의 충전이 가능하며, 대용량으로 확장성이 뛰어난 구조로 전기자동차 충전 시간의 단축이 가능하고, 전력변환 모듈들의 병렬 구조의 개념으로 뛰어난 내구성 및 신뢰성이 확보될 수 있도록 할 수 있다.
Further, according to the present invention, by using the configuration of the switch matrix, it is possible to be compatible with a charging infrastructure for supplying power of three phases as well as a single phase, thereby enabling charging of an electric vehicle anywhere a charging infrastructure is installed, , It is possible to shorten the charging time of the electric vehicle and to ensure the durability and reliability with the concept of the parallel structure of the power conversion modules.
뿐만 아니라, 본 발명은, 복수의 전력변환 모듈의 충전기들이 단일 모듈로 분리되는 랙 형태로 구성됨으로써, 충전기 용량의 증설이 가능함은 물론, A/S 및 설치가 용이하고, 완속 및 급속 충전이 가능하며, 뛰어난 확장성으로 경제적이고, 수리과정에서도 나머지 전력변환 모듈을 이용한 충전이 가능해짐에 따른 신뢰성 향상과 함께 우수한 전력변환 효율을 가질 수 있다.In addition, since the chargers of a plurality of power conversion modules are configured in a rack shape in which a plurality of power conversion modules are separated into a single module, it is possible to increase the capacity of the charger, facilitate A / S and installation, And it is economical due to its excellent expandability, and it is possible to improve the reliability as the charging using the remaining power conversion module becomes possible in the repairing process, and to have excellent power conversion efficiency.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차 대용량 탑재형 충전기의 구성을 기능블록으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차 대용량 탑재형 충전기에 적용되는 스위치 매트릭스와 전력변환 모듈의 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차 대용량 탑재형 충전기의 입력 블록 모듈의 내부 구성을 기능블록으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차 대용량 탑재형 충전기의 전력변환 모듈의 내부 구성을 기능블록으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차 대용량 탑재형 충전기의 제어부 구성을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차 대용량 탑재형 충전기의 회로 구성을 도시한 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a functional block diagram showing the configuration of an electric vehicle large capacity on-board type charger according to an embodiment of the present invention; Fig.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an electric vehicle large capacity on-board type charger, and more particularly,
3 is a functional block diagram illustrating an internal configuration of an input block module of an electric vehicle large capacity on-board type charger according to an embodiment of the present invention.
4 is a functional block diagram illustrating an internal configuration of a power conversion module of an electric vehicle large capacity on-board type charger according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a configuration of a control unit of an electric vehicle large capacity on-board type charger according to an embodiment of the present invention.
6 is a circuit diagram showing a circuit configuration of an electric vehicle large capacity on-board type charger according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order that those skilled in the art can easily carry out the present invention. In the following detailed description of the preferred embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In the drawings, like reference numerals are used throughout the drawings.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
In addition, in the entire specification, when a part is referred to as being 'connected' to another part, it may be referred to as 'indirectly connected' not only with 'directly connected' . Also, to "include" an element means that it may include other elements, rather than excluding other elements, unless specifically stated otherwise.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차 대용량 탑재형 충전기의 구성을 기능블록으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차 대용량 탑재형 충전기에 적용되는 스위치 매트릭스와 전력변환 모듈의 구성을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차 대용량 탑재형 충전기의 입력 블록 모듈의 내부 구성을 기능블록으로 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차 대용량 탑재형 충전기의 전력변환 모듈의 내부 구성을 기능블록으로 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차 대용량 탑재형 충전기의 제어부 구성을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차 대용량 탑재형 충전기의 회로 구성을 도시한 도면이다. 도 1 내지 도 6에 각각 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차 대용량 탑재형 충전기(100)는, 입력 블록 모듈(110), 복수의 전력변환 모듈(130), 및 제어부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
FIG. 1 is a functional block diagram of a configuration of an electric vehicle large capacity on-board type charger according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of a switch matrix applied to an electric vehicle large capacity on-board type charger according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a functional block diagram illustrating an internal configuration of an input block module of an electric vehicle large capacity on-board type charger according to an embodiment of the present invention. FIG. FIG. 5 is a block diagram showing the internal structure of the power conversion module of the electric vehicle large capacity on-board type charger according to one embodiment of the present invention. And FIG. 6 is a diagram showing a circuit configuration of an electric vehicle large capacity on-board type charger according to an embodiment of the present invention. 1 to 6, an electric vehicle large capacity on-
입력 블록 모듈(110)은, 스위치 매트릭스(111)를 포함하는 구성이다. 여기서, 스위치 매트릭스(111)는 충전인프라 전원부(10)에 접속되며, 배터리(20) 충전을 위해 연결 접속되는 전기자동차에 탑재된 배터리(20) 용량에 대응하는 전력변환을 위한 스위칭 제어를 수행한다. 이때, 충전인프라 전원부(10)는 단상 계통의 AC 전원장치로서, 단상 220V/60Hz의 계통으로 구성될 수 있다. 또한, 충전인프라 전원부(10)는 삼상 계통의 AC 전원장치로서, 삼상 220V/60Hz의 계통으로 구성될 수도 있다. 즉, 충전인프라 전원부(10)는 전기자동차 충전인프라 보급 확대에 대응하는 구성일 수 있다. 여기서, 입력 블록 모듈(110)의 스위치 매트릭스(111)는 단상 및 삼상 계통의 AC 전원장치와 호환되는 구성으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 충전인프라 전원부(10)와 전기적으로 연결 접속되며, 전기자동차에 탑재되는 배터리(20) 용량에 대응하여 스위칭 되는 4개의 릴레이 스위치(Relay 1 내지 Relay 4)로 구성될 수 있다.
The
또한, 입력 블록 모듈(110)은 도 3 및 도 6에 각각 도시된 바와 같이, 스위치 매트릭스(111)에 서로 다른 패스 연결로 각각 접속되는 EMI 필터(112)와, EMI 필터(112) 각각에 연결 접속되어, 스위치 매트릭스(111)를 통해 공급되는 상용 교류 전원을 정류하여 입력 전원을 생성하는 브리지 다이오드(113)를 포함하여 구성할 수 있다. 여기서, 브리지 다이오드(113)는 각각이 4개의 스위칭 다이오드 소자의 연결로 구성되는 풀 브리지(full bridge)로 구성될 수 있다.
3 and 6, the
복수의 전력변환 모듈(130)은, 스위치 매트릭스(111)에 각각 연결 접속되며, 전기자동차의 배터리(20) 용량에 대응하는 서로 다른 전력변환을 수행하는 구성이다. 이러한 복수의 전력변환 모듈(130)은 도 2에 도시된 바와 같이, 전기자동차에 탑재된 3.7㎾ 탑재형 충전기와, 7.4㎾ 탑재형 충전기와, 11㎾ 탑재형 충전기를 포함하여 구성할 수 있다. 또한, 복수의 전력변환 모듈(130)은 전기자동차에 탑재된 3.7㎾ 탑재형 충전기와, 7.4㎾ 탑재형 충전기와, 11㎾ 탑재형 충전기 이외에도 22㎾ 탑재형 충전기를 더 포함하여 구성할 수 있다. 또한, 복수의 전력변환 모듈(130)은 전기자동차에 탑재된 3.7㎾ 탑재형 충전기와, 7.4㎾ 탑재형 충전기와, 11㎾ 탑재형 충전기와, 22㎾ 탑재형 충전기를 포함하되, 각각의 충전기들이 단일 모듈로 분리 구성되는 랙 형태로 구성될 수 있다. 이러한 복수의 전력변환 모듈(130)은 전기자동차에 탑재된 3.7㎾ 탑재형 충전기와, 7.4㎾ 탑재형 충전기와, 11㎾ 탑재형 충전기와, 22㎾ 탑재형 충전기를 포함하되, 각각의 충전기들이 단일 모듈로 분리 구성되는 랙 형태로 구성되어 랙 단위로 서로 연결 접속되고, 충전기 용량의 증설이 가능하도록 할 수 있다.
The plurality of
본 발명에 따른 전기자동차 대용량 탑재형 충전기(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 충전인프라 전원부(10)가 단상 220V/60Hz일 경우, 스위치 매트릭스(111)의 릴레이 1 내지 릴레이 4를 오프 시켜 3.7㎾로 전기자동차 배터리의 충전이 가능하도록 하거나, 또는 릴레이 1 내지 릴레이 3을 오프하고, 릴레이 4를 온 하여 7.4㎾로 전기자동차 배터리를 충전시킬 수 있다. 이때, 3.7㎾ 충전과 7.4㎾의 충전은 차량에 탑재된 충전기의 용량에 의해 결정될 수 있다. 한편, 충전인프라 전원부(10)가 삼상 계통일 경우, 릴레이 2와 릴레이 4를 오프하고, 릴레이 1 및 릴레이 3을 온하여 11㎾로 전기자동차의 배터리 충전이 가능하도로 할 수 있다.
2, when the charging infrastructure
또한, 복수의 전력변환 모듈(130) 각각은 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 입력 블록 모듈(110)에서 생성한 입력 전압을 역률이 보상된 직류 전원으로 승압하여 출력하는 PFC 블록(131)과, PFC 블록(131)으로부터 공급되는 승압된 직류 전원을 공급받아 전기자동차 배터리(20)에 충전하기 위한 충전전압으로 변환하여 배터리(20)로 공급하는 DC/DC 블록(135)을 각각 구비한다. 여기서, PFC 블록(131)은 입력 블록 모듈(110)의 브리지 다이오드(113)로부터 공급되는 입력 전원의 역율이 보상된 직류 전원을 출력하는 인터리브 PFC 컨버터(132)와, 인터리브 PFC 컨버터(132)로부터 출력되는 전압에서 발생하는 변동 전력을 필터링하는 DC 링크 커패시터(133)로 구성될 수 있다.
4 and 6, each of the plurality of
또한, 인터리브 PFC 컨버터(132)는 도 6에 도시된 바와 같이, 브리지다이오드(113)의 출력 단에 직렬 접속되는 노멀 필터(Ln)와, 노멀 필터(Ln)에 직렬 접속되는 인덕터(Lp1)와, 인덕터(Lp1)에 직렬 접속되는 다이오드(D1)와, 노멀 필터(Ln)에 직렬 접속되는 인덕터(Lp1)와 병렬 접속되는 인덕터(Lp2)와, 인덕터(Lp2)에 직렬 접속되는 다이오드(D2)와, 노멀 필터(Ln)와 병렬 접속된 2개의 인덕터(Lp1, Lp2) 사이에 병렬 접속되는 커패시터(Cin)와, 인덕터(Lp1)와 직렬 접속된 다이오드(D1) 사이에 연결 접속되어 스위칭 동작을 수행하는 스위치 소자(M1)와, 인덕터(Lp2)와 직렬 접속된 다이오드(D2) 사이에 연결 접속되어 스위칭 동작을 수행하는 스위치 소자(M2)를 포함하는 회로로 구성될 수 있다.
6, the interleaved
이때, 노멀 필터(Ln)는 브리지다이오드(113)에서 정류하여 생성하는 입력 전압(Vin)에 포함된 EMI 성분을 필터링 하는 역할을 수행하고, 인덕터(Lp1)는 DCM 기반 인덕터 설계로서, 열손실을 줄일 수 있는 페라이트(ferrite) 재질로 구성할 수 있다. 즉, 인덕터(Lp1)는 DCM 기반 인덕터로 열손실을 줄여줄 수 있는 페라이트 재질로 구성됨으로써, 기존 CCM 제어기를 사용하기 위해 인덕터 값(L value)이 커지고, 그에 따라 부품 사이즈가 인덕터 값에 비례하여 충전기 사이즈가 커지는 문제가 해소될 수 있도록 할 수 있다. 이러한 인덕터(Lp1)는 후술하게 될 제어부(150)의 3 모듈 PFC 컨트롤러(151)를 이용하되, 인덕터 값(L value)이 DCM 기반으로 작게 구현되도록 설계될 수 있게 된다. 또한, 인덕터(Lp2)는 DCM 기반 인덕터 설계로서, 열손실을 줄일 수 있는 페라이트(ferrite) 재질로 구성할 수 있다. 즉, 인덕터(Lp2)는 DCM 기반 인덕터로 열손실을 줄여줄 수 있는 페라이트 재질로 구성됨으로써, 기존 CCM 제어기를 사용하기 위해 인덕터 값(L value)이 커지고, 그에 따라 부품 사이즈가 인덕터 값에 비례하여 충전기 사이즈가 커지는 문제가 해소될 수 있도록 할 수 있으며, 이러한 인덕터(Lp2)는 제어부(150)의 3 모듈 PFC 컨트롤러(151)를 이용하되, 인덕터 값(L value)이 DCM 기반으로 작게 구현되도록 설계될 수 있게 된다.
At this time, the normal filter Ln serves to filter EMI components included in the input voltage Vin generated by rectifying in the
또한, 스위치 소자(M1, M2) 각각은 스위치 소자(M1)가 후술하게 될 제어부(150)의 제어 하에, 인덕터(Lp1)와 다이오드(D1) 사이에서 스위칭 온오프를 위한 전력용 반도체로 사용되는 MOSFET(Metal Oxide Filed Effect Transistor)로 구성되고, 스위치 소자(M2)가 제어부(150)의 제어 하에, 인덕터(Lp2)와 다이오드(D2) 사이에서 스위칭 온오프를 위한 전력용 반도체로 사용되는 MOSFET(Metal Oxide Filed Effect Transistor)로 구성될 수 있다.
Each of the switch elements M1 and M2 is used as a power semiconductor for switching on and off between the inductor Lp1 and the diode D1 under the control of the
DC/DC 블록(135)은 도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(150)의 주파수 제어 하에 출력 전압을 반도체의 스위칭 제어를 통해 스위칭 손실을 줄이고, 트랜스포머의 스트레스를 줄이기 위한 절연 LLC 버스 컨버터(136)와, 절연 LLC 버스 컨버터(136)로부터 출력되는 전압의 강압 변환을 수행하여 출력하는 인터리브 벅 컨버터(137) 및 인터리브 벅 컨버터(137)의 출력 전압을 평활하여 출력하는 출력 필터(138)로 구성될 수 있다. 이때, DC/DC 블록(135)은 도 6에 도시된 바와 같이, DC 링크 커패시터(Cb)(133)에 병렬 접속되는 2개의 콘덴서(Cr/2, Cr/2)가 직렬 접속되고, 2개의 콘덴서(Cr/2, Cr/2)의 사이에 리액터(Lr)와 트랜스포커의 일차 측이 순차로 연결되고, 트랜스포머의 일차 측과 2개의 콘덴서(Cr/2, Cr/2) 사이에 스위치 소자(M3, M4)가 각각 연결 접속되며, 트랜스포머의 일차 측과 연결되는 2차 측에 스위치 소자(M5, M6)가 분기되어 접속되고, 트랜스포머의 2차 측에 스위치 소자(M5, M6)와 병렬 접속되는 2개의 커패시터(CL, CL)가 연결 접속되며, 스위치 소자(M6)와 커패시터(CL)에 2개의 스위치 소자(M7, M8)가 병렬 접속되고, 2개의 스위치 소자(M7, M8)에 다이오드(D3, D4)가 각각 직렬 연결되며, 상기 스위치 소자(M7)와 다이오드(D3) 사이에 리액터(Lb1)가 연결 접속되고, 스위치 소자(M8)과 다이오드(D4) 사이에 리액터(Lb2)가 연결 접속되며, 2개의 리액터(Lb1, Lb2)의 접속점에 리액터(Lf)와 커패시터(Co, Cf)가 연결 접속되는 회로로 구성할 수 있다. 여기서, 스위치 소자(M3 내지 M6)는 영전압(ZVS)과 영전위(ZCS) 스위칭 기능을 각각 수행하는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로 구성될 수 있다. 또한, 출력 필터(138)는 리액터(Lf)와 커패시터(Cf)의 조합으로 구성할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전력변환 모듈(130) 각각은 도 6에 도시된 바와 같이, PFC 블록(131)과 DC/DC 블록(135)의 회로가 구현될 수 있으나, 이에 제한을 두지는 않으며, 동일 또는 유사한 기능이 달성될 수 있는 회로의 변경이 가능한 것으로 이해될 수 있다.
4, the DC / DC block 135 includes an isolated
제어부(150)는, 스위치 매트릭스(111)에 연결 접속되는 충전인프라 전원부(10)와 전기자동차에 탑재된 배터리(20) 용량에 기초하여 복수의 전력변환 모듈(130) 중 하나가 선택되어 배터리 충전 기능을 수행하도록 제어하는 제어 구성이다. 이러한 제어부(150)는 3 모듈 PFC 컨트롤러(151)와 3 모듈 DC/DC 컨트롤러(152)로 구성할 수 있다. 즉, 제어부(150)는 3 모듈 PFC 컨트롤러(151)를 이용하여 전력변환 모듈(130)들에 각각 구비되는 PFC 블록(131)의 스위치 소자(M1, M2)의 스위칭 제어를 수행할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 3 모듈 DC/DC 컨트롤러(152)를 이용하여 전력변호나 모듈(130)들에 각각 구비되는 DC/DC 블록(135)의 스위치 소자(M3 내지 M8)의 스위칭 제어를 수행할 수 있다.
The
상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차 대용량 탑재형 충전기는, 스위치 매트릭스를 구비하는 입력 블록 모듈과, 복수의 전력변환 모듈, 및 제어부를 포함하되, 스위치 매트릭스가 단상 또는 삼상의 전원을 공급하는 충전인프라 전원부에 대응한 전력변환을 위한 스위칭 제어를 수행하고, 복수의 전력변환 모듈 각각이 전기자동차 배터리 용량에 대응하는 서로 다른 전력변환을 수행하여 전기자동차의 배터리를 충전하며, 제어부가 충전인프라 전원부와 전기자동차에 탑재된 배터리 용량에 기초하여 복수의 전력변환 모듈 중 하나가 선택되어 배터리 충전기능을 수행하도록 스위치 매트릭스를 제어하도록 구성함으로써, 기존의 3.7㎾의 배터리 용량의 충전은 물론, 7.4㎾와 11㎾의 큰 전력용량을 갖는 전기자동차 배터리의 구현이 가능하고, 전기자동차 충전 인프라 보급 확대와 전기자동차 충전시간의 단축이 가능하도록 할 수 있다.
As described above, an electric vehicle large capacity on-board type charger according to an embodiment of the present invention includes an input block module having a switch matrix, a plurality of power conversion modules, and a control unit, wherein the switch matrix is a single- Switching control for power conversion corresponding to a charging infrastructure power supply unit for supplying power is performed and each of the plurality of power conversion modules performs different power conversion corresponding to the capacity of the electric vehicle battery to charge the battery of the electric vehicle, Is configured to control the switch matrix so that one of the plurality of power conversion modules is selected to perform the battery charging function based on the battery infrastructure power supply unit and the battery capacity mounted on the electric vehicle, , It is possible to implement electric car battery with large power capacity of 7.4 kW and 11 kW The high, electric vehicle charging infrastructure expansion and penetration speed of the electric vehicle charging time may be possible.
또한, 스위치 매트릭스의 구성을 이용하여 단상은 물론 삼상의 전원을 공급하는 충전인프라에 호환이 가능하고, 이를 통해 충전인프라가 설치되는 장소 어디에서도 전기자동차의 충전이 가능하며, 대용량으로 확장성이 뛰어난 구조로 전기자동차 충전 시간의 단축이 가능하고, 전력변환 모듈들의 병렬 구조의 개념으로 뛰어난 내구성 및 신뢰성이 확보될 수 있도록 할 수 있다.
In addition, by using the configuration of the switch matrix, it is compatible with a charging infrastructure that supplies three phase power as well as a single phase, thereby charging an electric vehicle anywhere a charging infrastructure is installed. It is possible to shorten the charging time of the electric vehicle and ensure the durability and reliability as the concept of the parallel structure of the power conversion modules.
뿐만 아니라, 복수의 전력변환 모듈의 충전기들이 단일 모듈로 분리되는 랙 형태로 구성됨으로써, 충전기 용량의 증설이 가능함은 물론, A/S 및 설치가 용이하고, 완속 및 급속 충전이 가능하며, 뛰어난 확장성으로 경제적이고, 수리과정에서도 나머지 전력변환 모듈을 이용한 충전이 가능해짐에 따른 신뢰성 향상과 함께 우수한 전력변환 효율을 가질 수 있다.
In addition, since the chargers of a plurality of power conversion modules are formed in a rack shape in which they are separated into a single module, it is possible to increase the capacity of the charger, to facilitate A / S and installation, It is economical and it is possible to improve the reliability as the charging using the remaining power conversion module becomes possible in the repairing process and to have excellent power conversion efficiency.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics of the invention.
100: 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차 대용량 탑재형 충전기
110: 입력 블록 모듈 111: 스위치 매트릭스
112: EMI 필터 113: 브리지 다이오드
130: 전력변환 모듈 131: PFC 블록
132: 인터리브 PFC 컨버터 133: DC 링크 커패시터
135: DC/DC 블록 136: 절연 LLC 버스 컨버터
137: 인터리브 벅 컨버터 138: 출력 필터
150: 제어부 151: 3 모듈 PFC 컨트롤러
152: 3 모듈 DC/DC 컨트롤러100: An electric vehicle large-capacity onboard charger according to an embodiment of the present invention
110: input block module 111: switch matrix
112: EMI filter 113: bridge diode
130: power conversion module 131: PFC block
132: interleaved PFC converter 133: DC link capacitor
135: DC / DC block 136: Isolated LLC bus converter
137: Interleaved Buck Converter 138: Output Filter
150: Control unit 151: 3 module PFC controller
152: 3 module DC / DC controller
Claims (21)
충전인프라 전원부(10)에 접속되며, 배터리(20) 충전을 위해 연결 접속되는 전기자동차에 탑재된 배터리(20) 용량에 대응하는 전력변환을 위한 스위칭 제어를 수행하는 스위치 매트릭스(111);
상기 스위치 매트릭스(111)에 각각 연결 접속되며, 전기자동차의 배터리(20) 용량에 대응하는 서로 다른 전력변환을 수행하는 복수의 전력변환 모듈(130); 및
상기 스위치 매트릭스(111)에 연결 접속되는 충전인프라 전원부(10)와 상기 전기자동차에 탑재된 배터리(20) 용량에 기초하여 상기 복수의 전력변환 모듈(130) 중 하나가 선택되어 배터리 충전 기능을 수행하도록 제어하는 제어부(150)를 포함하되,
상기 전기자동차 대용량 탑재형 충전기(100)는,
상기 스위치 매트릭스(111)를 포함하는 입력 블록 모듈(110); 및
상기 입력 블록 모듈(110)에서 생성한 입력 전압을 역률이 보상된 직류 전원으로 승압하여 출력하는 PFC 블록(131)과, 상기 PFC 블록(131)으로부터 공급되는 승압된 직류 전원을 공급받아 전기자동차 배터리(20)에 충전하기 위한 충전전압으로 변환하여 배터리(20)로 공급하는 DC/DC 블록(135)을 각각 구비하는 복수의 전력변환 모듈(130)을 포함하고,
상기 DC/DC 블록(135)은,
상기 제어부(150)의 주파수 제어 하에 출력 전압을 반도체의 스위칭 제어를 통해 스위칭 손실을 줄이고, 트랜스포머의 스트레스를 줄이기 위한 절연 LLC 버스 컨버터(136)와, 상기 절연 LLC 버스 컨버터(136)로부터 출력되는 전압의 강압 변환을 수행하여 출력하는 인터리브 벅 컨버터(137) 및 상기 인터리브 벅 컨버터(137)의 출력 전압을 평활하여 출력하는 출력 필터(138)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기자동차 대용량 탑재형 충전기.
An electric vehicle large-capacity on-board charger (100)
A switch matrix 111 connected to the charging infrastructure power supply unit 10 and performing switching control for power conversion corresponding to the capacity of the battery 20 mounted on the electric vehicle connected and connected to charge the battery 20;
A plurality of power conversion modules (130) connected to the switch matrix (111), respectively, for performing different power conversions corresponding to the capacity of the battery (20) of the electric vehicle; And
One of the plurality of power conversion modules 130 is selected based on the capacity of the charging infrastructure power supply unit 10 connected to the switch matrix 111 and the capacity of the battery 20 mounted on the electric vehicle, And a control unit (150)
The electric vehicle large capacity on-board type charger (100)
An input block module 110 including the switch matrix 111; And
A PFC block 131 for boosting the input voltage generated by the input block module 110 to a DC power source compensated for power factor and outputting the DC power, And a plurality of power conversion modules (130) each having a DC / DC block (135) for converting a charging voltage for charging the battery (20) to a battery (20)
The DC / DC block 135,
An isolation LLC bus converter 136 for reducing the switching loss of the output voltage under the frequency control of the control unit 150 through switching control of the semiconductor and reducing the stress of the transformer and a voltage output from the isolation LLC bus converter 136 And an output filter (138) for smoothing and outputting an output voltage of the interleave buck converter (137). The charging device according to claim 1, wherein the interleave buck converter (137)
단상 계통의 AC 전원장치로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기자동차 대용량 탑재형 충전기.
2. The charging system according to claim 1, wherein the charging infrastructure power supply unit (10)
And a single phase AC power source device.
삼상 계통의 AC 전원장치로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기자동차 대용량 탑재형 충전기.
2. The charging system according to claim 1, wherein the charging infrastructure power supply unit (10)
Wherein the battery charger is composed of a three-phase AC power supply.
단상 및 삼상 계통의 AC 전원장치와 호환되는 것을 특징으로 하는, 전기자동차 대용량 탑재형 충전기.
The switch matrix according to claim 1, wherein the switch matrix (111)
And is compatible with single-phase and three-phase AC power supplies.
상기 충전인프라 전원부(10)와 전기적으로 연결 접속되며, 상기 전기자동차에 탑재되는 배터리(20) 용량에 대응하여 스위칭 되는 4개의 릴레이 스위치(Relay 1 내지 Relay 4)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기자동차 대용량 탑재형 충전기.
The switch matrix according to claim 4, wherein the switch matrix (111)
And four relay switches (Relay 1 to Relay 4) electrically connected to the charging infrastructure power supply unit 10 and switched according to the capacity of the battery 20 mounted on the electric vehicle. Large capacity charger for automobiles.
전기자동차에 탑재된 3.7㎾ 탑재형 충전기와, 7.4㎾ 탑재형 충전기와, 11㎾ 탑재형 충전기를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는, 전기자동차 대용량 탑재형 충전기.
The power conversion module of claim 1, wherein the plurality of power conversion modules (130)
Wherein the electric charger comprises a 3.7 kW on-board charger mounted on an electric vehicle, a 7.4 kW on-board charger, and an 11 kW on-board charger.
전기자동차에 탑재된 3.7㎾ 탑재형 충전기와, 7.4㎾ 탑재형 충전기와, 11㎾ 탑재형 충전기 이외에도 22㎾ 탑재형 충전기를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는, 전기자동차 대용량 탑재형 충전기.
7. The apparatus of claim 6, wherein the plurality of power conversion modules (130)
Mounted charger further comprises a 22 kW on-board charger in addition to the 3.7 kW on-board charger, 7.4 kW on-board charger, and 11 kW on-board charger mounted on the electric vehicle.
전기자동차에 탑재된 3.7㎾ 탑재형 충전기와, 7.4㎾ 탑재형 충전기와, 11㎾ 탑재형 충전기와, 22㎾ 탑재형 충전기를 포함하되, 각각의 충전기들이 단일 모듈로 분리 구성되는 랙 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기자동차 대용량 탑재형 충전기.
8. The power conversion module of claim 7, wherein the plurality of power conversion modules (130)
A 3.7 kW on-board charger mounted on an electric vehicle, a 7.4 kW on-board charger, an 11 kW on-board charger, and a 22 kW on-board charger, each charger being configured in a rack configuration separated into a single module Wherein the battery charger is a battery charger.
전기자동차에 탑재된 3.7㎾ 탑재형 충전기와, 7.4㎾ 탑재형 충전기와, 11㎾ 탑재형 충전기와, 22㎾ 탑재형 충전기를 포함하되, 각각의 충전기들이 단일 모듈로 분리 구성되는 랙 형태로 구성되어 랙 단위로 서로 연결 접속되고, 충전기 용량의 증설이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는, 전기자동차 대용량 탑재형 충전기.
8. The power conversion module of claim 7, wherein the plurality of power conversion modules (130)
A 3.7 kW on-board charger mounted on an electric vehicle, a 7.4 kW on-board charger, an 11 kW on-board charger, and a 22 kW on-board charger, each charger being configured in a rack configuration Connected to each other in a unit of a rack so that the capacity of the charger can be increased.
상기 스위치 매트릭스(111)에 서로 다른 패스 연결로 각각 접속되는 EMI 필터(112)와, 상기 EMI 필터(112) 각각에 연결 접속되어, 상기 스위치 매트릭스(111)를 통해 공급되는 상용 교류 전원을 정류하여 입력 전원을 생성하는 브리지 다이오드(113)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는, 전기자동차 대용량 탑재형 충전기.
10. The apparatus of any one of claims 1 to 9, wherein the input block module (110)
An EMI filter 112 connected to the switch matrix 111 through different path connections and a common AC power supply connected to each of the EMI filters 112 and supplied through the switch matrix 111, And a bridge diode (113) for generating an input power.
각각이 4개의 스위칭 다이오드 소자의 연결로 구성되는 풀 브리지(full bridge)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기자동차 대용량 탑재형 충전기.
12. The method of claim 11, wherein the bridge diode (113)
Each of which is composed of a full bridge consisting of connections of four switching diode elements.
상기 입력 블록 모듈(110)의 브리지 다이오드(113)로부터 공급되는 입력 전원의 역율이 보상된 직류 전원을 출력하는 인터리브 PFC 컨버터(132)와, 상기 인터리브 PFC 컨버터(132)로부터 출력되는 전압에서 발생하는 변동 전력을 필터링하는 DC 링크 커패시터(133)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기자동차 대용량 탑재형 충전기.
12. The apparatus of claim 11, wherein the PFC block (131)
An interleaved PFC converter 132 for outputting a DC power source that is compensated for the power factor of the input power supplied from the bridge diode 113 of the input block module 110, And a DC link capacitor (133) that filters the variable power.
상기 브리지다이오드(113)의 출력 단에 직렬 접속되는 노멀 필터(Ln)와, 상기 노멀 필터(Ln)에 직렬 접속되는 인덕터(Lp1)와, 상기 인덕터(Lp1)에 직렬 접속되는 다이오드(D1)와, 상기 노멀 필터(Ln)에 직렬 접속되는 인덕터(Lp1)와 병렬 접속되는 인덕터(Lp2)와, 상기 인덕터(Lp2)에 직렬 접속되는 다이오드(D2)와, 상기 노멀 필터(Ln)와 병렬 접속된 2개의 인덕터(Lp1, Lp2) 사이에 병렬 접속되는 커패시터(Cin)와, 상기 인덕터(Lp1)와 직렬 접속된 다이오드(D1) 사이에 연결 접속되어 스위칭 동작을 수행하는 스위치 소자(M1)와, 상기 인덕터(Lp2)와 직렬 접속된 다이오드(D2) 사이에 연결 접속되어 스위칭 동작을 수행하는 스위치 소자(M2)를 포함하는 회로로 구성하는 것을 특징으로 하는, 전기자동차 대용량 탑재형 충전기.
14. The apparatus of claim 13, wherein the interleaved PFC converter (132)
A normal filter Ln connected in series to the output terminal of the bridge diode 113, an inductor Lp1 connected in series to the normal filter Ln, a diode D1 connected in series to the inductor Lp1, An inductor Lp2 connected in parallel with an inductor Lp1 connected in series to the normal filter Ln, a diode D2 connected in series to the inductor Lp2, and a diode D2 connected in parallel with the normal filter Ln A capacitor Cin connected in parallel between two inductors Lp1 and Lp2 and a switching element M1 connected and connected between the inductor Lp1 and a diode D1 connected in series, , And a circuit including a switch element (M2) connected and connected between an inductor (Lp2) and a diode (D2) connected in series to perform a switching operation.
상기 다이오드(D1, D2)의 출력 단에 연결 접속되는 것을 특징으로 하는, 전기자동차 대용량 탑재형 충전기.
15. The method of claim 14, wherein the DC link capacitor (Cb)
Is connected to an output terminal of the diode (D1, D2).
상기 스위치 소자(M1)가 상기 제어부의 제어 하에, 상기 인덕터(Lp1)와 다이오드(D1) 사이에서 스위칭 온오프를 위한 전력용 반도체로 사용되는 MOSFET(Metal Oxide Filed Effect Transistor)로 구성되고,
상기 스위치 소자(M2)가 상기 제어부의 제어 하에, 상기 인덕터(Lp2)와 다이오드(D2) 사이에서 스위칭 온오프를 위한 전력용 반도체로 사용되는 MOSFET(Metal Oxide Filed Effect Transistor)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기자동차 대용량 탑재형 충전기.
15. The switching device according to claim 14, wherein each of the switch elements (M1, M2)
The switch M1 is composed of a MOSFET (Metal Oxide Filed Effect Transistor) used as a power semiconductor for switching on and off between the inductor Lp1 and the diode D1 under the control of the control unit,
The switching device M2 is composed of a MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) used as a power semiconductor for switching on / off between the inductor Lp2 and the diode D2 under the control of the control unit Electric car large capacity charger.
DC 링크 커패시터(Cb)(133)에 병렬 접속되는 2개의 콘덴서(Cr/2, Cr/2)가 직렬 접속되고, 2개의 콘덴서(Cr/2, Cr/2)의 사이에 리액터(Lr)와 트랜스포머의 일차 측이 순차로 연결되고, 상기 트랜스포머의 일차 측과 2개의 콘덴서(Cr/2, Cr2) 사이에 스위치 소자(M3, M4)가 각각 연결 접속되며, 상기 트랜스포머의 일차 측과 연결되는 2차 측에 스위치 소자(M5, M6)가 분기되어 접속되고, 트랜스포머의 2차 측에 스위치 소자(M5, M6)와 병렬 접속되는 2개의 커패시터(CL, CL)가 연결 접속되며, 스위치 소자(M6)와 커패시터(CL)에 2개의 스위치 소자(M7, M8)가 병렬 접속되고, 2개의 스위치 소자(M7, M8)에 다이오드(D3, D4)가 각각 직렬 연결되며, 상기 스위치 소자(M7)와 다이오드(D3) 사이에 리액터(Lb1)가 연결 접속되고, 상기 스위치 소자(M8)과 다이오드(D4) 사이에 리액터(Lb2)가 연결 접속되며, 상기 2개의 리액터(Lb1, Lb2)의 접속점에 리액터(Lf)와 커패시터(Co, Cf)가 연결 접속되는 회로로 구성하는 것을 특징으로 하는, 전기자동차 대용량 탑재형 충전기.
12. The method of claim 11, wherein the DC / DC block (135)
Two capacitors (Cr / 2, Cr / 2) connected in parallel to the DC link capacitor (Cb) 133 are connected in series and a reactor Lr and a capacitor Cb are connected between the two capacitors (M3, M4) are connected and connected between the primary side of the transformer and two capacitors (Cr / 2, Cr2), and the primary side of the transformer is connected to the primary side of the transformer Two capacitors CL and CL connected in parallel with the switching elements M5 and M6 are connected and connected to the secondary side of the transformer and the switching elements M5 and M6 are connected and connected to the secondary side of the transformer, Two switches M7 and M8 are connected in parallel to the capacitor CL and diodes D3 and D4 are connected in series to the two switches M7 and M8, A reactor Lb1 is connected and connected between the diodes D3 and a reactor Lb2 is connected and connected between the switch element M8 and the diode D4, Two reactors (Lb1, Lb2) junction reactor (Lf) and a capacitor (Co, Cf) is connected to, characterized in that consists of a connection circuit, large electric vehicle-mounted charger for the.
영전압(ZVS)과 영전위(ZCS) 스위칭 기능을 각각 수행하는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기자동차 대용량 탑재형 충전기.
19. The switching device according to claim 18, wherein the switching elements (M3 to M6)
And a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) that performs a zero voltage (ZVS) and a zero electric potential (ZCS) switching function, respectively.
상기 리액터(Lf)와 커패시터(Cf)로 구성하는 것을 특징으로 하는, 전기자동차 대용량 탑재형 충전기.
19. The apparatus of claim 18, wherein the output filter (138)
, And is constituted by the reactor (Lf) and the capacitor (Cf).
3 모듈 PFC 컨트롤러(151)와 3 모듈 DC/DC 컨트롤러(152)로 구성하는 것을 특징으로 하는, 전기자동차 대용량 탑재형 충전기.12. The apparatus of claim 11, wherein the controller (150)
3-module PFC controller (151) and a 3-module DC / DC controller (152).
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